簡支鋼管混凝土拱橋拱腳檢測應(yīng)注意的問題

肖 毅

(中交國通公路工程技術(shù)有限公司，貴州貴陽 550081)

1 工程概況

某市政公路橋，橋跨布置:2×20 m 鋼筋混凝土連續(xù)箱梁+(85+120+85)m 三跨下承式簡支鋼管混凝土系桿拱，橋面全寬30 m，橋梁全長349.5 m。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):汽車荷載:城—A 級;人群荷載:3.5 kN/m2;橋面寬度:凈－22.5+2×3.5 m 人行道，全寬30 m，雙向六車道。

2 拱腳檢測中出現(xiàn)的問題

在做該公路橋荷載試驗過程中，同一般拱橋一樣，做了拱腳截面最大負(fù)彎矩工況和拱腳最大水平推力工況。試驗結(jié)果表明:在拱腳負(fù)彎和拱腳最大水平推力工況下拱腳的實測結(jié)果與MIDAS Civil 2006 梁格法理論計算結(jié)果趨勢有差異。

模擬計算采用MIDAS Civil 2006 梁格法，在計算時將鋼管和混凝土等代換算成同一種材料，該材料能表現(xiàn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中三向受力方式，從而能真實反映橋梁自身的結(jié)構(gòu)受力特點。

限于篇幅，以中孔120 m 跨拱腳負(fù)彎工況為例(拱腳最大水平推力工況也主要是與軸力疊加的彎矩差異導(dǎo)致實測結(jié)果與理論計算的差異)，計算模型劃分為773個單元，632個節(jié)點。

表1 MIDAS 梁格法計算的理論值與實測值比較

試驗過程用到10 臺平均總重約40 t 的自卸車，試驗內(nèi)力為－1662.40 kN·m，計算內(nèi)力為－1611.48 kN·m，荷載效率為103.2 %，試驗結(jié)果與理論值如表1 所示。從表中可以看出:拱腳實測并無負(fù)彎出現(xiàn)，反而呈現(xiàn)出正彎趨勢。

3 問題的解決

采取以下措施來解決出現(xiàn)的問題:首先做驗證性試驗，看是否重現(xiàn)上次的試驗結(jié)果，若試驗結(jié)果得以重現(xiàn)，再更換計算軟件，改進計算方法，校核原有計算。

通過針對拱腳截面重新做的驗證試驗，重現(xiàn)了之前的試驗結(jié)果，證明試驗結(jié)果就是大橋結(jié)構(gòu)本身的真實情況。

為進一步摸清MIDAS civil2006 梁格單元的理論計算值與實測結(jié)果的差異，采用ANSYS12.1 對大橋進行了實體單元模擬計算，鋼管和混凝土單獨建模，鋼管單元與混凝土單元同節(jié)點。同樣以120 m 孔為例，計算結(jié)果如下:

整跨計算模型劃分為1183213個單元，576010個節(jié)點，如圖1～圖4 所示。分兩種工況考慮:工況一為空載情況，考慮預(yù)應(yīng)力影響;工況二為實際布載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

圖1 MIDAS 梁格法單元模型

圖2 ANSYS 實體單元模型

圖3 拱腳負(fù)彎載位

圖4 拱肋應(yīng)力測試點布置

圖5 空載下拱腳截面軸向應(yīng)力云圖

圖6 實際車輛荷載下拱腳截面軸向應(yīng)力云圖

從圖5～6可以看出，大橋主橋中孔拱腳截面空載及實際車輛荷載下，上鋼管拱受壓，下鋼管拱局部受拉，較為真實地反應(yīng)了大橋真實的受力情況。由表1 及表2 分析可知，大橋的受力與理論是一致的，可控的。

表2 ANSYS 應(yīng)力點測點計算值

由于在用MIDAS civil2006 的模擬計算時，沒有考慮盆式橡膠支座寬度對拱座區(qū)域局部的影響，支座位置采用節(jié)點進行模擬，從而造成了理論計算值與實測結(jié)果的差異。

4 結(jié)束語

(1)下承式簡支鋼管混凝土系桿拱橋拱腳結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計驗算校核時，應(yīng)針對拱腳做局部分析。

(2)在做此類拱橋荷載試驗的拱腳截面工況時，應(yīng)充分考慮由于盆式橡膠支座寬度對拱座區(qū)域局部的影響，在今后的試驗過程中，可考慮針對此類拱橋拱腳截面不做拱腳負(fù)彎工況，做拱腳最大水平推力工況即可。

(3)從彈性力學(xué)的圣維南原理出發(fā)，在遠(yuǎn)離拱座區(qū)域后，MIDAS civil2006 模擬的其余截面計算值是真實有效的。整個荷載試驗也表明，除拱腳截面外，其余的截面各工況下，測試值與MIDAS Civil 2006 梁格法理論計算結(jié)果趨勢一致，且可控。

(4)橋梁荷載試驗是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，出現(xiàn)問題時，可借鑒本文方法，首先做驗證試驗，觀測上次試驗是否能重現(xiàn)，若試驗結(jié)果得以重現(xiàn)，再次分析原因，通過更換計算軟件和計算方法等來解決問題。

［1］JTG/T J21—2011 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］

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［5］GB 50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］